Как добраться до Марса всего за 33 дня?

Современные планы космических миссий предусматривают, что путь к Марсу занимает от семи до десяти месяцев. Поскольку планеты выстраиваются в правильную позицию для энергоэффективного перелета лишь каждые 26 месяцев, астронавтам приходится ждать окна для возвращения, что растягивает полное путешествие почти на три года. Однако новое исследование свидетельствует, что этот срок можно сократить, используя геометрические подсказки, полученные из ранних орбитальных данных астероидов, пишет Live Science.

Смотрите также Ионный двигатель NASA для полетов на Марс прошел первое испытание: результаты впечатляют

Автор исследования, космолог из Государственного университета Северного Рио-де-Жанейро в Бразилии Марчело де Оливейра Соуза, наткнулся на эту идею случайно в 2015 году во время изучения объекта 2001 CA21.

Это было неожиданностью для меня, я этого не искал,
– рассказал ученый в комментарии для Live Science.

Объект привлек его внимание из-за редкой траектории, пересекавшей орбитальные зоны и Земли, и Марса. Хотя более поздние измерения уточнили истинный путь астероида, его начальная геометрия во время оппозиции в октябре 2020 года намекнула на возможность существования "сверхкоротких" маршрутов.

Методология Соузы, которую он описал в исследовании в журнале Acta Astronautica, базируется на использовании предыдущих, иногда неточных орбитальных оценок околоземных астероидов как структурного шаблона для синтеза траекторий на основе задачи Ламберта. В частности, было использовано решение №11 Лаборатории реактивного движения (JPL) 2015 года для астероида 2001 CA21.

Это решение описывает высокоэксцентричную траекторию с четко определенной субеклиптической плоскостью.

Возможно, это изменит представление о том, что нам нужно более двух лет, чтобы полететь на Марс и вернуться,
– отметил Марчело де Оливейра Соуза.

Ученый проанализировал три окна оппозиции Марса: 2027, 2029 и 2031 годы. Только конфигурация 2031 года оказалась уникально благоприятной для реализации сверхбыстрых перелетов с использованием технологий ближайшего будущего.

Есть два варианта

В рамках этого окна были идентифицированы две полные архитектуры путешествий:

  • Экстремальная миссия продолжительностью 153 дня. Она включает 33-дневный перелет на Марс, пребывание на поверхности около 30 дней и 90-дневное возвращение на Землю. Для этого понадобится скорость отлета около 27,5 километров в секунду и характеристическая энергия (C3) примерно 758 квадратных километров на квадратную секунду.
  • Реалистичная миссия продолжительностью 226 дней. Он включает 56-дневный перелет туда, 35 дней пребывания и 135-дневное возвращение. Скорость отлета составит около 16,9 километра в секунду, что лишь в 1,5 раза превышает показатели миссии "New Horizons", которая стала самым быстрым рукотворным объектом на момент запуска.

Что нужно

Такие высокие скорости выдвигают жесткие требования к энергетическим возможностям аппаратов. Экстремальный вариант пока выходит за пределы химических двигателей и требует усовершенствованных концепций, например ядерные тепловые двигатели (NTP) или ядерно-электрические установки с большой мощностью.

Однако менее агрессивный 226-дневный сценарий может быть достижимым для ракет следующего поколения, таких как Starship от SpaceX или New Glenn от Blue Origin.

Кроме двигателей, критическим аспектом остается тепловая защита. При экстремальном сценарии скорость прибытия к Марсу составит около 30 километров в секунду (более 100 000 километров в час), что значительно превышает возможности существующих систем посадки. В "реалистичном" варианте скорость прибытия будет составлять 16 – 17 километров в секунду, что приближается к верхней границе перспективных концепций тепловой защиты, таких как HEEET или HIAD.

Смотрите также NASA готовит новый орбитальный спутник для связи с Марсом – кто будет разрабатывать аппарат

Вам также будет интересно узнать: зачем человечество хочет лететь к Марсу?

Марс привлекает человечество по нескольким причинам одновременно – научных, практических и даже философских:

  • Во-первых, это ближайшая к Земле планета с похожими условиями: на ней есть сутки продолжительностью почти 24 часа, есть атмосфера (хоть и очень разреженная), есть сезоны и даже полярные шапки изо льда. Именно поэтому ученые давно подозревают, что Марс когда-то мог быть пригодным для жизни, возможно, микробная жизнь существует там до сих пор глубоко под землей. Поиск ответа на вопрос "одиноки ли мы во Вселенной?" – одна из главных причин, почему туда хотят отправить людей, а не только роботов.
  • Во-вторых, есть сугубо прагматическая логика выживания. Такие мыслители, как Стивен Хокинг, и предприниматели, как Илон Маск, давно утверждают, что человечество не должно оставаться "одновидовой планетарной цивилизацией". Если на Земле произойдет катастрофа – астероид, ядерная война, климатический коллапс – человеческая цивилизация исчезнет полностью. Марс в этом контексте – это резервная копия человечества.

Какие компании потенциально могли бы реализовать такой сценарий первыми?

  • Что касается конкретных планов, то SpaceX Илона Маска – амбициозный игрок. Компания разрабатывает ракету Starship, которая предназначена именно для полетов к Марсу. Маск неоднократно заявлял о намерении отправить первые беспилотные миссии на Марс во второй половине 2020-х годов, а пилотируемые – ориентировочно в начале 2030-х, хотя сроки постоянно сдвигаются. Конечная цель – построение самодостаточной колонии на Марсе с миллионом людей в течение нескольких десятилетий.
  • NASA также имеет свои планы – программа Moon to Mars предусматривает сначала возвращение людей на Луну (программа Artemis), а затем использование приобретенного опыта для полета на Марс ориентировочно в 2030-х годах. Луна в этом контексте является своеобразной "тренировочной площадкой" для отработки технологий длительного пребывания людей в открытом космосе.
  • Китай тоже не стоит в стороне – Китайское национальное космическое управление заявляло об интересе к исследованию Марса с людьми на борту после 2033 года. Уже сейчас на Марсе успешно работает китайский ровер "Чжужун", что свидетельствует о серьезности намерений.